Prävention vor Komplett-Ausfall von Netzen

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme haben eine Methode entwickelt, die geeignet sein könnte, Strom- oder Computernetze bei Angriffen vor dem kompletten Zusammenbruch zu schützen. Demnach müssten unmittelbar nach einem Angriff oder Ausfall sofort periphere Knoten im Netz abgeschaltet werden. Das Prinzip ist ähnlich dem eines Waldbrandes, der mit Gegenfeuern unter Kontrolle gebracht werden kann, berichtet das Max-Planck-Institut.

Netzwerke, wie das Stromnetz oder das Internet, sind komplexe, empfindliche Gebilde. Sie bestehen aus Knoten wie Servern oder Kraftwerken, die wieder mit anderen Knoten verbunden sind. Empfindlich sind solche Netzwerke gegen sich wellenartig ausbreitende Ausfälle, die dann eintreten, wenn große, stark vernetzte Knoten abrupt vom Netz getrennt werden. Der MPI-Forscher Adilson Motter hat mit einem Computermodell gezeigt, dass es möglich sein könnte, eine solche Kettenreaktion in Strom- oder Computernetzen so zu verhindern, indem man unmittelbar nach den ersten Angriffen oder Ausfällen periphere Knoten in diesem Netzwerk abschaltet. Die Gründe dafür liegen nach Auskunft des Forschers darin, dass in diesen Netzwerken einzelne Knoten stärker belastet sind als andere.

Ein Zusammenbruch des Netzes kann durch den Ausfall eines oder einiger weniger Knoten ausgelöst werden. Denn obwohl diese einzelnen Ausfälle kaum Auswirkungen auf die Verbindungen im Netz haben, können sie eine Kettenreaktion weiterer Ausfälle auslösen, die dann schließlich zum Zusammenbruch des gesamten oder zumindest von großen Teilen des Netzes führen können. Zu einem solchen Zusammenbruch ist es am 14. August 2003 im Stromnetz im Nordosten der USA gekommen. Ähnliche Fälle ereigneten sich später in anderen westeuropäischen Ländern.

Den Wissenschaftlern war es vorher schon gelungen zu zeigen, dass sich der Ausfall solcher zentraler Knoten kaskadenartig ausbreitet und in einer Kettenreaktion immer mehr Ausfälle erzeugen kann. Ein Ausfall peripherer Knoten hat hingegen wenig Folgen. Motters so genannte „Kaskaden-Kontrolle“ beruht auf der Beobachtung, dass periphere Knoten wesentlich zur Gesamtlast beitragen und ihre Abschaltung deshalb die Gefahr einer gefährlichen Überlast für das Gesamtnetz verringern kann. Umgekehrt kann das selektive Unterbrechen der Verbindungen zwischen den Knoten die Ausbreitung der Kaskade einschränken.